一种新型钒电池用双极板及其制备方法
【专利摘要】本发明涉及钒电池制造领域，具体为一种新型钒电池用双极板及其制备方法，解决现有技术中电池物理内阻大、电压效率低、单片电压不均匀等问题。本发明双极板由四部分组成，分别为碳材料-网格状两侧通孔树脂板-导电填料-碳材料，网格状两侧通孔树脂板-导电填料作为骨架层通过热压方法先制成低导电塑料板。再在低导电塑料板两侧复合碳材料再次热压成型就得到高导电新型钒电池用双极板。本发明根据钒电池工作要求，简化了目前使用双极板大多使用混炼或者搅拌等多步工艺，制备工艺简单，生产设备只有热压机就可完成加工。本发明的双极板导电率高、与电极之间接触电阻非常小，可大大降低钒电池物理内阻，提高钒电池能量功率，从而降低钒电池成本。
【专利说明】一种新型钒电池用双极板及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及钒电池制造领域，具体为一种新型钒电池用双极板及其制备方法。
【背景技术】
[0002]钒电池，全称为全钒离子氧化还原液流电池，是一种新型绿色环保电池。双极板是全钒液流电池的关键部件之一，起着连接不同单电池的正负极并导通电池内电路的作用，要求其具备良好的导电性、高机械强度、耐电化学腐蚀性能。目前，钒电池能用的双极板有石墨板:成本高,加工难,尺寸小；金属板:不耐腐蚀,成本高；导电塑料:成本低,导电性差，机械强度低。钒电池要满足商业化、规模化要求，需要进一步降低电池成本、进一步提高电池可靠性，而核心问题就是降低电池内阻，而双极板和电极材料电阻以及之间的接触电阻占电池内阻40%以上，所以钒电池能否商业化关键在于，降低双极板和电极材料电阻以及之间的接触电阻。
【发明内容】
[0003]为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提出一种钒电池用新型双极板及其制备方法，解决现有技术中聚合物-碳素材料复合双极板电阻率过高以及接触电阻过大等问题。
[0004]为达到上述目的，本发明的技术方案为:
[0005]一种新型钒电池用双极板，该双极板包括碳材料、骨架层、导电填料，骨架层为网格状两侧通孔树脂板和导电填料通过热压方法制成的低导电塑料板，低导电塑料板两侧通过热压复合碳材料形成钒电池用双极板。
[0006]所述的新型钒电池用双极板，碳材料为纯石墨、纯炭黑或碳纤维粉，不含树脂，厚度为0.01?2mm。
[0007]所述的新型钒电池用双极板，网格状两侧通孔树脂板和导电填料的质量比为(1:1)?(I:10)。
[0008]所述的新型钒电池用双极板，网格状两侧通孔树脂板采用聚乙烯树脂、聚丙烯树月旨、聚氯乙烯树脂、丙烯酸树脂、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物中的一种。
[0009]所述的新型钒电池用双极板，网格状两侧通孔树脂板通过注塑或者机加制备。
[0010]所述的新型钒电池用双极板的制备方法，具体步骤如下:
[0011 ] I)将网格状两侧通孔树脂板放入模具内，加入导电填料后加入孔洞内，热压后制成低导电塑料板作为骨架层；热压温度为100?300°C，热压时间为5?200min，热压压力为 0.1 ?25MPa ；
[0012]2)将碳材料放入模具底层，加入低导电塑料板再加层碳材料，热压后制成钒电池用双极板；热压温度为100?300°C，热压时间为5?200min，热压压力为0.1?25MPa。
[0013]所述的新型钒电池用双极板的制备方法，导电填料为碳纤维粉；或者，导电填料以碳纤维为主剂，导电碳黑为辅剂；当选择碳纤维粉与导电碳黑时，二者质量比为(1:1)?(1:10);导电碳黑粒度为ΙΟμ--?500μ--，碳纤维粉粒度为ΙΟμ--?200μπι。
[0014]本发明的设计思想是:
[0015]本发明双极板由四部分组成，分别为碳材料-网格状两侧通孔树脂板-导电填料-碳材料，其中网格状两侧通孔树脂板-导电填料作为骨架层通过热压方法先制成低导电塑料板。再在低导电塑料板两侧复合碳材料再次热压成型就得到了一种高导电新型钒电池用双极板。本发明根据钒电池工作要求，简化了目前使用双极板大多使用混炼或者搅拌等多步工艺，制备工艺简单，生产设备只有热压机就可完成加工。
[0016]本发明的优点及有益效果是:
[0017]1、本发明一种新型钒电池用双极板的制备方法是树脂板与导电填料直接热压作为骨架，再在其两侧接复合碳材料制作成一体，制备工艺简单。
[0018]2、本发明的新型双极板其电阻率可以达到0.03?0.1 Ω.cm，保证了钒电池材料一致性要求。新型双极板由四部分组成，分别为碳材料-网格状两侧通孔树脂板-导电填料-碳材料，碳材料的加入大大降低了双极板与电极之间的接触电阻，提高了电池的电压效率。从而降低钒电池成本，并保证钒电池的可靠性。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]图l(a)_(b)为钒电池用双极板的结构示意图。其中，I碳材料,2网格状两侧通孔树脂板，3碳材料。
【具体实施方式】
[0020]如图1 (a) - (b)所示，本发明钒电池用双极板包括碳材料1、骨架层、碳材料3，骨架层为网格状两侧通孔树脂板2与导电填料组成，骨架层的两侧分别为碳材料I和碳材料3，碳材料I和碳材料3与骨架层之间通过热压复合制成一种新型钒电池用双极板。其中，
[0021]网格状两侧通孔树脂板2可通过注塑或者机加制备，树脂板可以采用聚乙烯树脂(PE)、聚丙烯树脂(PP)、聚氯乙烯树脂(PVC)、丙烯酸树脂粉末(PA，尼龙)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)中的一种。网格状两侧通孔树脂板2和导电填料的质量比为(I:I)?(1:10)，优选的质量比为(I:2)?(1:5)。碳材料为纯石墨、纯炭黑或碳纤维粉，不含树脂，厚度为0.01?2_，优选0.02?1.5_。
[0022]所述钒电池用双极板的制备方法，具体步骤如下:
[0023]I)将网格状两侧通孔树脂板2放入模具底层，加入导电填料后加入孔洞(网格)内，热压后制成低导电塑料板作为骨架层。热压温度为100?300°C (优选为150?2000C )，热压时间为5?200min(优选为10?30min)，热压压力为0.1?25MPa(优选为I ?20MPa)。
[0024]其中，导电填料为碳纤维粉；或者，导电填料以碳纤维粉为主剂，导电碳黑为辅剂；当选择碳纤维粉与导电碳黑时，二者质量比为(I:1)?(1:10)，优选的质量比为(I:2)?(1:5)。导电碳黑粒度为ΙΟμπι?500μπι，碳纤维粉粒度为ΙΟμπι?200μπι。
[0025]2)将碳材料放入模具底层，加入低导电塑料板再加一层碳材料，热压后制成钒电池用双极板；热压温度为100?300°C (优选为150?200°C )，热压时间为5?200min (优选为10?30min)，热压压力为0.1?25MPa(优选为I?20MPa)。钒电池用双极板的电阻率可以达到0.03?0.1 Ω.Cm，与电极之间接触好，可降低钒电池电阻，提高钒电池性能。
[0026]本发明采用钒电池作为【具体实施方式】的实施例，下面通过实施例详述本发明。
[0027]实施例1
[0028]首先取聚乙烯树脂板(PE)(规格:长300mmX宽300mmX厚Imm)，先将一张网格状两侧通孔聚乙烯树脂板放入模具底层，再选导电剂碳纤维粉50g和碳黑粉10g加入孔洞(网格)内，合模，热压温度为180°C，热压时间为20min，压力为5MPa，得到骨架层低导电塑料板，再选取1_厚纯石墨粉先放入在模具底层，再放入低导电塑料板，导电塑料板上放入Imm厚纯石墨粉合模，热压温度为180°C，热压时间为20min，压力为15MPa，得到一种新型钒电池用双极板。
[0029]本实施例中，钒电池用双极板的技术参数和性能指标如下:
[0030]新型钒电池用双极板的体积电阻率为:0.04Ω.cm。作为钒电池用双极板，在80mA/cm2充放条件下:库仑效率97 %，电压效率85 %，能量效率83 %。
[0031]实施例2
[0032]首先取聚丙烯树脂板(PP)(规格:长300mmX宽300mmX厚Imm)，先将一张网格状两侧通孔聚丙烯树脂板放入模具底层，再选导电剂碳纤维粉50g和碳黑粉10g加入孔洞内，合模，热压温度为180°C，热压时间为20min，压力为lOMPa，得到骨架层低导电塑料板，再选取2_厚纯碳黑先放入在模具底层，再放入低导电塑料板，导电塑料板上放入2_厚纯碳黑合模，热压温度为180°C，热压时间为20min，压力为lOMPa，得到一种新型钒电池用双极板。
[0033]本实施例中，钒电池用双极板的技术参数和性能指标如下:
[0034]新型钒电池用双极板的体积电阻率为:0.04Ω.cm。作为钒电池用双极板，在80mA/cm2充放条件下:库仑效率95 %，电压效率86 %，能量效率82 %。
[0035]实施例3
[0036]首先取聚乙烯树脂板(PE)(规格:长300mmX宽300mmX厚Imm)，先将一张网格状两侧通孔聚乙烯树脂板放入模具底层，再选导电剂碳黑粉50g加入孔洞内，合模，热压温度为170°C，热压时间为30min，压力为3MPa，得到骨架层低导电塑料板，再选取1.5mm厚纯纤维粉先放入在模具底层，再放入低导电塑料板，导电塑料板上放入1.5mm厚纯纤维粉合模，热压温度为180°C，热压时间为lOmin，压力为20MPa，得到一种新型钒电池用双极板。
[0037]本实施例中，钒电池用双极板的技术参数和性能指标如下:
[0038]新型钒电池用双极板的体积电阻率为:0.04Ω.cm。作为钒电池用双极板，在80mA/cm2充放条件下:库仑效率97%，电压效率87%，能量效率84%。
[0039]实施例4
[0040]首先取聚乙烯树脂板(PP)(规格:长300mmX宽300mmX厚Imm)，先将一张网格状两侧通孔聚乙烯树脂板放入模具底层，再选导电剂碳黑粉50g加入孔洞内，合模，热压温度为190°C，热压时间为30min，压力为lOMPa，得到骨架层低导电塑料板，再选取0.5mm厚纯石墨粉先放入在模具底层，再放入低导电塑料板，导电塑料板上放入0.5_厚纯石墨粉合模，热压温度为190°C，热压时间为15min，压力为12MPa，得到一种新型钒电池用双极板。
[0041]本实施例中，钒电池用双极板的技术参数和性能指标如下:
[0042]新型钒电池用双极板的体积电阻率为:0.04Ω.cm。作为钒电池用双极板，在80mA/cm2充放条件下:库仑效率95 %，电压效率89 %，能量效率85 %。
[0043]实施例5
[0044]首先取聚乙烯树脂板(PE)(规格:长300mmX宽300mmX厚Imm)，先将一张网格状两侧通孔聚乙烯树脂板放入模具底层，再选导电剂碳黑粉60g加入孔洞内，合模，热压温度为175°C，热压时间为25min，压力为2MPa，得到骨架层低导电塑料板，再选取Imm厚碳黑先放入在模具底层，再放入低导电塑料板，导电塑料板上放入1_厚碳黑合模，热压温度为175°C，热压时间为30min，压力为lOMPa，得到一种新型钒电池用双极板。
[0045]本实施例中，钒电池用双极板的技术参数和性能指标如下:
[0046]新型钒电池用双极板的体积电阻率为:0.04Ω.cm。作为钒电池用双极板，在80mA/cm2充放条件下:库仑效率96%，电压效率88%，能量效率84%。
[0047]实施例结果表明，本发明的双极板导电率高、与电极之间接触电阻非常小，可大大降低钒电池物理内阻，提高钒电池能量功率，从而降低钒电池成本，解决了现有技术中电池物理内阻大、电压效率低、单片电压不均匀等问题。
【权利要求】
1.一种新型钒电池用双极板，其特征在于，该双极板包括碳材料、骨架层、导电填料，骨架层为网格状两侧通孔树脂板和导电填料通过热压方法制成的低导电塑料板，低导电塑料板两侧通过热压复合碳材料形成钒电池用双极板。
2.按照权利要求1所述的新型钒电池用双极板，其特征在于，碳材料为纯石墨、纯炭黑或碳纤维粉，不含树脂，厚度为0.0l?2mm。
3.按照权利要求1所述的新型钒电池用双极板，其特征在于，网格状两侧通孔树脂板和导电填料的质量比为(I:1)?(1:10)。
4.按照权利要求1所述的新型钒电池用双极板，其特征在于，网格状两侧通孔树脂板采用聚乙烯树脂、聚丙烯树脂、聚氯乙烯树脂、丙烯酸树脂、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物中的一种。
5.按照权利要求1所述的新型钒电池用双极板，其特征在于，网格状两侧通孔树脂板通过注塑或者机加制备。
6.一种权利要求1所述的新型钒电池用双极板的制备方法，其特征在于，具体步骤如下: .1)将网格状两侧通孔树脂板放入模具内，加入导电填料后加入孔洞内，热压后制成低导电塑料板作为骨架层；热压温度为100?300°C，热压时间为5?200min，热压压力为.0.1 ?25MPa ； . 2)将碳材料放入模具底层，加入低导电塑料板再加层碳材料，热压后制成钒电池用双极板；热压温度为100?300°C，热压时间为5?200min，热压压力为0.1?25MPa。
7.按照权利要求6所述的新型钒电池用双极板的制备方法，其特征在于，导电填料为碳纤维粉；或者，导电填料以碳纤维为主剂，导电碳黑为辅剂；当选择碳纤维粉与导电碳黑时，二者质量比为(I:1)?(1:10);导电碳黑粒度为1ym?500μπι，碳纤维粉粒度为.10 μ m ?200 μ m。
【文档编号】H01M4/88GK104409740SQ201410714378
【公开日】2015年3月11日 申请日期:2014年11月28日 优先权日:2014年11月28日
【发明者】侯绍宇, 杨志刚, 刘建国, 严川伟 申请人:中国科学院金属研究所